《牛頓第二定律》教學(xué)設(shè)計

摘要:新課程改革強(qiáng)調(diào)課程三維目標(biāo)的落實，本文給出了一個《牛頓第二定律》的教學(xué)設(shè)計，以此來展示在教學(xué)過程中如何落實三維目標(biāo)。

關(guān)鍵詞:牛頓第二定律;三維目標(biāo);教學(xué)設(shè)計

中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2010)6(S)-0077-3

1 教材分析

本節(jié)內(nèi)容(人教版必修1)首先在上節(jié)課實驗的基礎(chǔ)上，通過分析說明，得出了牛頓第二定律的具體內(nèi)容表述，以及牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。從a∝Fm到F=kma，再最后得到F=ma，其中蘊含豐富的知識與技能、過程與方法性目標(biāo);在對牛頓第二定律的深入理解與應(yīng)用中，注重對學(xué)生思想觀念和心理的影響。教材突出了力的單位N的物理意義，這是為后面的學(xué)習(xí)內(nèi)容作準(zhǔn)備的，而這又是學(xué)生思考不明白的，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析討論。本節(jié)最后通過例題介紹了牛頓第二定律應(yīng)用的基本思路，這也是學(xué)習(xí)、理解牛頓第二定律的基本組成部分。

2 教學(xué)目標(biāo)

(1)知道國際單位制中力的單位是怎樣定義的。

(2)知道牛頓第二定律表達(dá)式的確切含義，深入理解牛頓第二定律的內(nèi)容。

(3)能用牛頓第二定律分析和處理簡單的問題，初步體會牛頓第二定律在認(rèn)識自然過程中的有效性和價值。

3 過程與方法

以處理實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，歸納得出物體的加速度跟它的質(zhì)量及所受外力的關(guān)系，進(jìn)而總結(jié)出牛頓第二定律。

4 情感、態(tài)度與價值觀

(1)滲透物理學(xué)研究方法的教育，認(rèn)識到由實驗歸納總結(jié)物理規(guī)律是物理學(xué)研究的重要方法。培養(yǎng)學(xué)生的概括能力和分析推理能力。

(2)通過科學(xué)漫步的學(xué)習(xí)，了解物理學(xué)在科技領(lǐng)域的應(yīng)用，認(rèn)識到學(xué)習(xí)物理的重要性和必要性。

5 學(xué)習(xí)重點

(1)牛頓第二定律內(nèi)容、表達(dá)式。

(2)對牛頓第二定律的理解。

6 學(xué)習(xí)難點

理解牛頓第二定律的含義。

7 教學(xué)過程

7.1 牛頓第二定律的建立

教師活動(以下簡稱“師”):先用計算機(jī)處理前一節(jié)“探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系”的一個小組實驗數(shù)據(jù)，得到了a與F、a與1m的關(guān)系圖象，如圖1、圖2所示，從圖中能得到什么結(jié)論?

生:加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比。

師:這就是本節(jié)課要學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。

(意圖:為學(xué)習(xí)新課內(nèi)容打下牢固實驗基礎(chǔ)，并順理成章地引出牛頓第二定律的內(nèi)容，自然過渡到新課教學(xué)。)

7.2 牛頓第二定律的內(nèi)容

(1)內(nèi)容:物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。

數(shù)學(xué)表達(dá)式為:a=k0Fm或F=1k0ma=kma(k也為常數(shù))。

師:物理學(xué)具有簡潔美。研究物理就是發(fā)現(xiàn)最簡單的規(guī)律，用最簡單的道理去分析復(fù)雜問題。因此，對于F=kma還有可以簡化的余地，可化為F=ma。如何才使k=1的呢?請同學(xué)們先思考這樣一個實際問題。

教室內(nèi)人數(shù)用N表示，手?jǐn)?shù)用M表示，它們滿足M=KN(K為常數(shù))。當(dāng)問教室內(nèi)有多少只手時，公式M=KN就可以寫成M=2N，即K=2。那么，如何設(shè)置問題才能寫出M=N的最簡單形式呢?即如何使K=1呢?

生:……(個別學(xué)生能想出來)可以問有多少雙手，這樣M=N了，即K=1。

師:由此看出，將手的單位由“只”改問為“雙”時，比例常K就得到了簡化。大家都知道力的單位是“N”，質(zhì)量的單位是“kg”加速度的單位是“m/s2”。同理，如何讓公式F=kma中的k=1的呢?

師:由此得到:

(2)表達(dá)式:F=ma(F、m、a都取國際單位);

(3)力的單位:1N=1kg#8226;m/s2。

(意圖:通過生活中實例分析讓學(xué)生體會到單位對物理學(xué)常量的影響，從而大大降低了“力的單位”和最簡單的牛頓第二定律表達(dá)式F=ma得出的教學(xué)難度。)

7.3 牛頓第二定律的理解

師:質(zhì)量為1kg的物體放在水平面上，現(xiàn)用6N的向上拉力拉它，物體沒動，為什么?若用15N向上拉力又如何?(g=10m/s2)

生:物體的重力為10N，當(dāng)用6N向上拉力作用，地面的支持力等于4N，物體的合力F=0;由F=ma得a=0，物體保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)拉力是15N時，物體的合力F=5N，方向向上;由F=ma得a=5m/s2，物體向上加速運動。

師:總結(jié):

(1)公式F=ma中F指的是合外力。

牛頓第一定律告訴我們:力是改變物體運動狀態(tài)的原因。物體受到相同作用力時，決定它們運動狀態(tài)變化難易程度的惟一因素就是它們的質(zhì)量。牛頓第二定律又告訴我們加速度與力和質(zhì)量分別成正、反比關(guān)系。由這兩個定律表述內(nèi)容分析，加速度是由哪些因素決定的呢?

生:力和質(zhì)量。

師:a=ΔvΔt是加速度的定義式。

(2)現(xiàn)在學(xué)到的a=Fm是加速度的決定式。

(意圖:理解牛頓第二定律是本節(jié)課的核心內(nèi)容，學(xué)生功利心較強(qiáng)，看書只看黑體字或者公式，不能聯(lián)系已學(xué)過內(nèi)容，通過問題討論不僅能深入理解新知識，也能及時更新自己的知識結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新舊知識的聯(lián)貫。)

(3)深入理解牛頓第二定律:瞬時性;矢量性;加速度起到聯(lián)系力和運動的橋梁作用。(在例題1總結(jié)中得出)

7.4 牛頓第二定律的應(yīng)用

例題1(課本例題):某質(zhì)量為1 100kg的汽車在平直的公路上試車，當(dāng)達(dá)到100km/h的速度時關(guān)閉發(fā)動機(jī)，經(jīng)過70s停下來。假定試車過程中汽車受到的阻力不變。求:

(1)汽車受到的阻力是多大?

(2)重新起步加速時牽引力為2 000N，產(chǎn)生的加速度應(yīng)為多大?

師生解析參考課本，詳細(xì)過程略。

師:總結(jié):

(1)當(dāng)汽車受力改變時，汽車的加速度也隨即改變，這體現(xiàn)了牛頓第二定律的瞬時性。

(2)用來表示汽車的加速度方向的正負(fù)號總與表示力方向的正負(fù)號相同，這體現(xiàn)了牛頓第二定律的矢量性。

(3)本題先從運動學(xué)角度得到汽車的加速度，再由牛頓第二定律解出汽車的受力，這體現(xiàn)了加速度起到聯(lián)系力和運動的橋梁作用。

(意圖:一方面初步建立應(yīng)用牛頓第二定律解題的基本步驟;另一方面深入理解牛頓第二定律。)

例題2:在地面上牛頓第二定律得到了有力的檢驗，那么在遙遠(yuǎn)的太空中牛頓第二定律還能適用嗎?請欣賞關(guān)于動力學(xué)測質(zhì)量的視頻。

解說詞(自編同步配音):在宇宙飛船上物體會產(chǎn)生失重現(xiàn)象。比如:人可以飄浮在空中睡覺;想喝水，瓶子中的水卻倒不出來，似乎人和物體都失去了重量。這是我國航天員楊利偉在神舟五號飛船中用的筆記本和筆全部飄浮在空中情景(如圖3);在太空喝水也不簡單，弄不好這水球會到處飄，還會引起飛船的事故，一般航天員通過管子往嘴里吸水(如圖4)。圖 3圖 4

大家都知道，質(zhì)量可以用天平來測量，顯然，在宇宙飛船中應(yīng)用天平不能測量出物體的質(zhì)量;那么，在宇宙空間中如何去測量質(zhì)量的呢?2008年4月3日，歐洲貨運飛 圖 5船實現(xiàn)與空間站自動對接(如圖5)，假設(shè)飛船對接后開動尾部推進(jìn)器，飛船的質(zhì)量和推進(jìn)器的推力是已知的，若再測出飛船的加速度，利用牛頓第二定律就可以測算出空間站的質(zhì)量，這種測質(zhì)量的方法叫動力學(xué)法。與此相似的實驗早在1966年就完成了，實驗誤差不到5%，這次實驗發(fā)展了一種技術(shù)，就是測出軌道中人造天體的質(zhì)量的方法。

(意圖:物理學(xué)在生產(chǎn)生活、科技等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，初步體會牛頓第二定律在認(rèn)識自然過程中的有效性和價值，激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)、熱愛科學(xué)的激情。)

7.5 總結(jié)

生:介紹本節(jié)課所學(xué)到的知識、方法、體會，或存在的疑惑。

8 教學(xué)后記

在教學(xué)中以實驗事實為基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)便于學(xué)生理解的“手?jǐn)?shù)與人數(shù)的關(guān)系”情境，設(shè)置嚴(yán)密的思考問題以及應(yīng)用“動力學(xué)測質(zhì)量”的輔助視頻(原創(chuàng))，向?qū)W生展示了牛頓第二定律的建立、內(nèi)容與理解的本來面目，不僅讓學(xué)生知道了牛頓第二定律基本知識，也讓學(xué)生感受到了物理學(xué)不僅以其概念、規(guī)律揭示了自然界基本運動的諸多真理，還在建立這種知識體系的過程中發(fā)展示科學(xué)思想方法和研究方法，實現(xiàn)了三維目標(biāo)的有機(jī)統(tǒng)一。

(欄目編輯張正嚴(yán))